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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu „Anthropomatik: Von der Theorie.

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1 KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft „Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung“ Proseminar

2 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung2 Übersicht Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag

3 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung3 Formale Anforderungen Schriftliche Ausarbeitung 5 Seiten, zweispaltig LaTeX (Vorlage auf der Homepage) PDF und LaTeX-Sourcen an Betreuer Vortrag 15 Minuten mit anschließender Diskussion PowerPoint oder LaTeX (Vorlage auf der Homepage) Blockveranstaltungen Anwesenheitspflicht bei allen Veranstaltungen

4 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung4 Ablauf des Seminars Themenauswahl Themen an Betreuer gebunden Recherche Empfohlene Literatur Eigenständige Recherche Ausarbeitung Vortrag

5 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung5 Meilensteine Themenauswahl (heute) Ausarbeitung Vorstellung des Themas und Gliederung(Di., 11. November) Erste ausformulierte Fassung (Di., 02. Dezember) Endgültige Fassung (Fr., 19. Dezember) Vortrag Erste Version (Di., 13. Januar) Endgültige Fassung(Di., 20. Januar) Vortrag Ende Januar

6 Benotung 50% der Note für die Ausarbeitung 50% der Note für die Präsentation Anrechenbarkeit: 3 LP Deadlines sind hart Plagiate führen zu sofortigem Ausschluss 6Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung

7 7 GPU-Based High-Performance Object Tracking Portierung eines Trackingverfahrens auf die GPU mittels CUDA Performanceanalyse und Optimierung Arbeiten mit Realdaten von mehreren Kinect Kameras Kontakt: Jannik Steinbring,

8 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung8 IEEE Signal Processing Cup 2015 Schätzung der Herzfrequenz mit Smartwatches und intelligenten Armbändern Berechnung ausgehend vom Lichtreflexionsverhalten der Haut und Accelerometerdaten Finale findet in Brisbane, Australien, statt Mehr Infos unter isas.uka.de/praktikum Anmeldung bei Gerhard Kurz Einführungsveranstaltung Fr. 14:00 Uhr im Gebäude 50.20, Raum 148.

9 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung9 Übersicht Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag

10 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung10 Optimale Regelung Aufgabenstellung Einarbeitung in die optimale Regelung Erarbeitung der Verfahren zur Lösung des optimalen Regelungsproblems Darstellung von Vor- und Nachteilen der Ansätze Betreuer Maxim Dolgov, Themenbeschreibung Optimale Regelung ist ein optimierungsbasiertes Regelungsverfahren, bei dem die Performance des geregelten Systems mittels einer Kostenfunktion bewertet wird. Der Reglerentwurf erfolgt dann so, dass diese Kostenfunktion ein globales Minimum annimmt. Für zeitkontinuierliche Systeme stellt das auf der Hamilton-Funktion basierende Verfahren eine wichtige Methode zur Lösung dieser Aufgabe dar.

11 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung11 Gütemaße für Multi-Object-Tracking Aufgabenstellung Einarbeiten in Abstandsmaße für ein Objekt Darauf aufbauend in zwei Abstandsmaße für mehrere Objekte Vor- und Nachteile beider Verfahren gegenüberstellen Betreuer Florian Pfaff, Themenbeschreibung Verfolgt (trackt) man mehrere Objekte gleichzeitig, so arbeitet man oft mit mehreren Punktschätzungen. Doch wie bewertet man nun das Schätzergebnis? Bei einem einzelnen Objekt nimmt man oft eine Art „Abstand“ zum wahren Wert. Gegenstand der Arbeit sind Abstandsmaße bei Vorliegen mehrere Objekte. Schätzung

12 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung12 Methode zur Kamerakalibrierung Aufgabenstellung Bedarf nach Kalibrierung im Feld der Computervision erklären Einarbeitung in den mathematischen Hintergrund des Lochkameramodells. Methoden zur Schätzung von intrinsischen und extrinsischen Kameraparameter vorstellen Betreuer Antonio Zea, Themenbeschreibung Die extrinsischen und intrinsischen Kameraparameter legen fest, wie die Kamera die Welt sieht. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für viele Anwendungen in der Computervision, z.B. Tracking, 3D Rekonstruktion, und SLAM.

13 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung13 Stochastic Dual Control Aufgabenstellung Problemstellung von Dual Control verstehen und zusammenfassen. Es gibt eine theoretische und exakte, jedoch impraktikable Lösung: Diese ausarbeiten. Die wichtigsten approximativen Lösungen einordnen und zusammenfassen. Betreuer Christof Chlebek, Themenbeschreibung Dual Control beschäftigt sich mit einer Unterklasse von Problemen bei der Regelung von Systemen. Ein Reglungsproblem wird dabei als dual bezeichnet, wenn eine optimale Lösung zwei Teilziele gemeinsam verfolgen muss: 1. Funktionalität: Das System nach aktuellem Wissen regeln. 2. Erkundung: Den Informationsgewinn maximieren. Agent Sensoren Messbereich Unsicherheit Ziel ?

14 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung14 Dichtetransformationen Aufgabenstellung Wiederholung der Grundlagen von Zufallsvariablen Einarbeitung in das Konzept von Dichtetransformationen Berechnen verschiedener Transformationen (von Normalverteilten Zufallsvariablen, nichtlineare Transformationen von ZV, …) Betreuer Jannik Steinbring, Themenbeschreibung In den verschiedensten (ingenieur-)wissenschaftlichen Disziplinen kommen probabilistische Verfahren zum Einsatz. Hier spielen (insbesondere nichtlineare) Dichtetransformationen eine wichtige Rolle. Sie beschreiben, wie sich Wahrscheinlichkeitsverteilungen von Zufallsvariablen ändern, wenn diese mittels einer gegebenen Funktion transformiert werden.

15 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung15 Estimation of Distribution Algorithms (EDA) Aufgabenstellung Einordnung von EDA in den Stand der Technik für Optimierungsverfahren Kategorisierung der EDA-Verfahren Erarbeitung von ein bis zwei konkreten EDA-Algorithmen Betreuer Herr Masoud Roschani, Themenbeschreibung Beim Design von z.B. Experimenten oder Steuerungsalgorithmen werden Optimierungsalgorithmen für die Bestimmung von optimalen Parametern benötigt. EDA sind stochastische Optimierungsmethoden, die hierfür geeignet sind. Sie berechnen iterativ ein probabilistisches Modell, mit dem das Optimum geschätzt wird.

16 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung16 Gaußprozesse und Clustering Aufgabenstellung Einarbeitung in die Grundlagen von Clusteringverfahren Herausarbeiten der Funktionsweise eines Gaußprozesses für das Clustering von Daten Betreuer Herr Christian Herrmann Themenbeschreibung Eine typische Aufgabe im Bereich des unüberwachten Lernens ist das Clustern von Daten. Ein theoretisches Konzept, mit dessen Hilfe Daten geclustert werden können, ist der Gaußprozess.

17 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung17 Online-Algorithmen im maschinellen Lernen Aufgabenstellung Einarbeitung in die Grundlagen maschineller Lernverfahren Erarbeitung und Gegenüberstellung verschiedener Online-Algorithmen für maschinelles Lernen Betreuer Matthias Richter, Themenbeschreibung Die meisten maschinellen Lernverfahren trennen in eine Lern- und Arbeitsphase: Aus einer großen Menge von Beispielen werden Entscheidungsregeln abgeleitet, die im folgenden nicht mehr angepasst werden. Im Gegensatz dazu steht das Online-Learning: Hier ist der Computer in der Lage dazuzulernen.

18 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung18 Nichtlineare autoregressive Texturmodelle Aufgabenstellung Einarbeitung in das Thema Recherche zu nichtlinearen AR-Modellen Zusammenfassung der verschiedenen Modellansätze (Vor- und Nachteile) Betreuer Herr Markus Vogelbacher, Themenbeschreibung Texturen sind zweidimensional ausgeprägte Strukturen, die eine gewisse deterministische oder statistische Regelmäßigkeit aufweisen. Statistische Texturen lassen sich mittels eines autoregressiven (AR) Signalmodells beschreiben. Dabei wird die Intensität an einem bestimmten Ort durch die Intensitäten der Umgebung modelliert.

19 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung19 Robuste Phasenschiebeverfahren Aufgabenstellung Einarbeitung in Phasenschiebeverfahren Erstellung eines Überblicks über praktische Probleme von Phasenschiebeverfahren und deren Lösungsansätze Betreuer Herr Mathias Ziebarth, Themenbeschreibung Phasenschiebeverfahren werden für die Positionsbestimmung von Punkten auf einem Schirm eingesetzt. Dabei treten in der Praxis Probleme durch beispielsweise durch eine nichtlineare Farbwiedergabe von TFT-Displays auf. Quelle: Song Zhang: Recent progresses on real-time 3D shape measurement using digital fringe projection techniques, Optics and Lasers in Engineering 48 (2010)

20 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung20 Zusammensetzen von Bildern (Image Stitching) Aufgabenstellung Literaturstudie zur Erarbeitung der Grundlagen verschiedener Image Stitching Ansätze Zusammenfassende Vorstellung ausgewählter Verfahren und Techniken in übersichtlicher Form Betreuer Peter Frühberger, Themenbeschreibung Das Zusammensetzen von Bildausschnitten zu einem großen Übersichtsbild ist ein weit verbreitetes Werkzeug. In modernen Kameras wird es zur Berechnung von Panoramabildern verwendet. Auch in der Mikroskopie sowie der Qualitätssicherung wird es zur Erweiterung des Sichtbereiches eingesetzt. Im Rahmen des Proseminars soll eine Übersicht über dieses Themenfeld erstellt werden. Zusammengesetzte Mikroskopaufnahmen zur Fehlerdetektion

21 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung21 Dezentrale Koordination mittels Message Passing Verfahren Aufgabenstellung Einarbeitung in die Thematik Implementierung eines Minimalbeispiels Beschreibung des Wirkmechanismus, sowie Diskussion der Vor- und Nachteile in der Ausarbeitung Betreuer Herr Julius Pfrommer, Themenbeschreibung Ziel ist es, unabhängige Teilnehmer in einem System zu koordinieren. Dabei soll der Gesamtnutzen durch die Aktionen der Teilnehmer maximiert werden. Ein neuer Ansatz löst das Problem der Nutzenmaximierung in verteilten Netzwerken mittels einer Variante des Belief-Propagation Algorithmus von Pearl.

22 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung22 Verwendung probabilistischer Methoden zur volumetrischen Objektrekonstruktion Aufgabenstellung Literaturrecherche Aufarbeitung und Kategorisierung: Welche Ansätze dazu gibt es und wie unterscheiden sie sich? Wie sehen die verwendeten probabilistischen Modelle aus? Betreuer Philipp Woock, Themenbeschreibung 3D-Objektrekonstruktion wird für immer mehr Robotikanwendungen wichtig. Der Fokus soll auf der Untersuchung und Aufarbeitung der probabilistisch getriebenen Verfahren liegen, die eine volumetrische Repräsentation verwenden.

23 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung23 Übersicht Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag

24 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung24 Übersicht Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag

25 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung25 Form der Ausarbeitung Ausarbeitung ist wissenschaftliche Arbeit Keine Umgangssprache Keine erste Person Verwendete Literatur referenzieren (Literaturverzeichnis) Zitate kennzeichnen und referenzieren (mit Seitenangabe) Konsistenz Einheitliche Verwendung von Symbolen Einheitliche Verwendung von Fachtermini Abkürzungen erklären (nur gebräuchliche verwenden) LaTeX „richtig“ benutzen (siehe Vorlage) Es lohnt sich, LaTeX jetzt (vernünftig) zu lernen!

26 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung26 Erste Gliederung Grobe Struktur / Aufbau der Ausarbeitung (und des Vortrags) Sortieren der eigenen Gedanken / des gelesenen Materials Soll Kommunikation mit Betreuer erleichtern Name und Reihenfolge der Abschnitte Nur ein paar Stichpunkte für jeden Abschnitt Eventuell prägnante Formeln Keine ausformulierten Sätze!

27 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung27 Beispielhafte Gliederung I Einleitung Kontext / Anwendungsgebiete Eventuell Aufbau vom Rest der Ausarbeitung II Problemstellung Wenn möglich, erst ab hier Formeln III Lösungen A Erster Ansatz B Zweiter Ansatz IV Gegenüberstellung / Vergleich Vor- / Nachteile etc. V Zusammenfassung und Ausblick Noch einmal kurz wiederholen, was behandelt wurde 1, 2 Sätze pro Abschnitt (ohne Einleitung) Fazit: Welche Variante besser? Warum? Welche sollte daher bevorzugt werden? Wo liegen noch offene Probleme?

28 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung28 Grafiken in Ausarbeitung Wenn möglich, Vektorgrafiken verwenden Falls doch Pixelgrafiken, diese sinnvoll skalieren Auf Qualität der verwendeten Bilder achten Beschriftung in Sprache der Ausarbeitung Graphen vollständig beschriften (Achsen!) Auch Grafiken müssen korrekt referenziert werden Auf jede Tabelle, Grafik, etc. im Text Bezug nehmen Unterschriften von Tabellen, Grafiken, etc. in ganzen Sätzen (Punkte!)

29 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung29 Übersicht Formale Randbedingungen Vorstellung der Themen Verteilung der Themen Hinweise zur Ausarbeitung Hinweise zum Vortrag

30 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung30 Inhalt eines Vortrages Vor dem Vortrag zu beachten: Wer hört zu? Welches Wissen kann vorausgesetzt werden? Was ist das Ziel des Vortrages? Welche Informationen sollen „hängenbleiben“? Wissenschaftlicher Vortrag = keine Umgangssprache

31 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung31 Vortragslänge Zeitbeschränkung beachten! (15 Min.) Aber: Vortrag sollte auch nicht zu kurz sein Viele Informationen Wenig Zeit  Konzentration auf das Wesentliche

32 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung32 Vortragsgliederung Beginn Beginnen mit Titel und Gliederungsübersicht (ca. 2 Folien) Einleitung und Motivation (1-2 Folien) Hauptteil Schluss Zusammenfassung und Ausblick (ca. 2 Folien) Mit einem Dank für die Aufmerksamkeit schließen Faustregel: Mind. mit 1 bis 1,5 Minuten pro Folie rechnen

33 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung33 Gestaltung von Folien (I) Vorlage verwenden Klare, einheitliche Gestaltung (Konsistenz) Wenige Punkte pro Folie (nur Schlagworte) Jeden Punkt auf einer Folie ansprechen Nie mit einer ganz leeren Folie beginnen Keine „Doppelüberschriften“

34 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung34 Gestaltung von Folien (II) Viele Grafiken und Bilder benutzen So wenig Formeln wie möglich Farben Verdeutlichung von Zusammenhängen Achtung: Farben haben auch Symbolwerte Rahmen Name des Vortragenden Seitenzahl Animationen, Seitenübergänge, etc. gut wenn sinnvoll, ansonsten weglassen

35 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung35 Folien – Schriftarten und -größen 8 Punkt 12 Punkt 18 Punkt 20 Punkt 24 Punkt 28 Punkt 32 Punkt 36 Punkt 40 Punkt 8 Punkt 12 Punkt 18 Punkt 20 Punkt 24 Punkt 28 Punkt 32 Punkt 36 Punkt 40 Punkt Dieser Text ist zu klein. Serifenlose Schrift (links) Mind. 18 Punkt

36 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung36 Folien – Negatives Beispiel (I)

37 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung37 Folien – Negatives Beispiel (II)

38 Proseminar Anthropomatik: Von der Theorie zur Anwendung38 Vortragsstil Frei und flüssig sprechen Zuschauer ansehen Reaktionen der Zuhörer beachten Seitlich neben der Projektionsfläche stehen (freie Sicht) Hände nicht in den Taschen An der Projektionsfläche erklären Vortrag planen und üben


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